4.2.Интерфейс сетевого узла ЦТС. Параметры сетевых трактов. Выбор интерфейсов.

4.2. Интерфейс сетевого узла ЦТС. Параметры сетевых трактов. Выбор интерфейсов.

Линейные интерфейсы транспортных сетей — ключевые компоненты сетевых элементов. В значительной степени интерфейсы определяют пропуск трафика на межузловых соединениях. Интерфейсы строятся на основе международных стандартов ITU-T, IEEE, ISO/OSI.

Пример сетки оптических интерфейсов линейной передачи представлен на (рис. 4.1). Описание этих интерфейсов представляет предмет внимания отдельного пособия. Здесь обращено внимание на наиважнейшие их характеристики, от которых зависит скорость, дальность, качество передачи и совокупная стоимость линейного тракта.

Рис. 4.1. Международные стандарты на оптические линейные интерфейсы.

Интерфейсы одноволновой передачи отличаются относительной простотой устройства и смягчением ряда ограничений, например, на фиксацию длины волны излучения передатчика; большую допустимую вероятность ошибки на приёме, допуск на разброс параметров мощности передачи и чувствительности приёмника и т.д.

Интерфейсы одноволновых систем оптической передачи.

Интерфейсы одноволновых систем оптической передачи характеризуются рядом показателей: диапазоном длин волн, диапазоном уровней мощности оптической передачи, минимальной чувствительностью приемника оптического сигнала, порогом перегрузки приемника, видом модуляции излучения, линейным кодом, максимальной допустимой дисперсией между передатчиком и приемником, шириной спектральной линии излучения передатчика, максимальным перекрываемым затуханием между передатчиком и приемником, возможностью использования оптических усилителей мощности на передаче и предусилителей на приеме, возможностью использования процессора упреждающей коррекции ошибок и т.д.

Перечисленные характеристики интерфейса определяют дальность передачи по волоконной линии и скорость передачи цифрового сигнала при заданной вероятности ошибок передачи.

Одноволновые интерфейсы, соответствующие спецификации G.955, поддерживают передачу на скоростях PDH (табл. 4.1): 2,048 Мбит/с; 8,448 Мбит/с; 34,368 Мбит/с; 139,264 Мбит/с при соответствующем линейном кодировании, например, вида CMI (Complemented Mark Inversion — инверсия групп символов), вида «NRZ со скремблиро-ванием», блочным mBnB со вставками mB1P1R, где m ≥ 1, n > m, P — бит паритета, R — бит служебной связи.

Таблица 4.1.

Характеристика		Тип волокна	Иерархические скорости, Мбит/с
			2,048	8,448	34,368	139,264
Минимальный уровень мощности передачи СИД и ППЛ, дБм
Волна СИД: 0,85 мкм		ММВ	–17,0	–17,0	–17,0	–
Волна СИД: 1,31 мкм			–21,0	–21,0	–21,0	–
	ММВ
Волна СИД: 1,31 мкм	ОМВ		–30,0	–30,0	–30,0	–
Волна ППЛ: 1,31 мкм	ММВ		–1,0	–1,0	–1,0	–1,0
Волна ППЛ: 1,31 мкм	ОМВ		–4,0	–4,0	–4,0	–4,0
Волна ППЛ: 1,3 мкм	ОМВ		–14,0	–14,0	–14,0	–14,0
Волна ППЛ: 1,55 мкм			–	–	–7,0	–7,0
	ОМВ
Чувствительность приёмника при вероятности ошибки 10^–9, дБм
Волна 0,85 мкм	ММВ		–51	–46	–40	–
Волна 1,31 мкм	ОМВ, ММВ		–52	–47	–42	–35
Волна 1,31 и 1,55 мкм	ОМВ		–	–	–	–38
Динамический диапазон приемника, дБ

Волна 0,85 мкм	ММВ		> 40	> 34	> 26	–
Волна 1,31 и 1,55 мкм	ОМВ, ММВ		> 53	> 48	> 40	> 35
Обозначения: СИД — светоизлучающий диод; ППЛ — полупроводниковый лазер; MMВ — много-модовое волокно, соответствующее спецификации G.651; ОMВ — одномодовое волокно, соответст-вующее спецификации G.652

Одноволновые интерфейсы, соответствующие спецификациям G.957, G.958, G.691, G.693 поддерживают скорости передачи в сети SDH от 155,520 Мбит/с до 39,813 Гбит/с при линейном кодировании вида «NRZ со скремблированием» (в табл. 4.2 и 4.3).

Стандартами IEEE 802.3 определены возможности физических интерфейсов Ethernet для волоконно-оптических линий с одномодовыми и многомодовыми волокнами (ОМВ и ММВ).

Одноволновые интерфейсы поддерживают скорости передачи в сети Ethernet: 10, 100, 1000 Мбит/с и 10 Гбит/с при линейном кодировании вида mВnB (в табл. 4.4).

В приведенных в (табл. 4.1) примерах характеристик оптических плезиохронных интерфейсов в явном виде отсутствует учет свойств дисперсии волокна, но можно определить расстояние передачи по энергетическому потенциалу, определяемому разностью уровней мощности передачи и приёма (Р_пер – Р_пр). Для волоконных световодов ограничение по дисперсии можно оценить по требуемой полосе частот для линейного сигнала и полосе частот пропускания оптического волокна.

Линейные оптические интерфейсы SDH имеют систему обозначений, в которой отражены особенности интерфейсов по применению (табл. 4.2):

– I — линия малой длины внутри предприятия (intra-office);

– S — короткая линия (short-haul);

– L — длинная линия (long-haul);

– V — очень длинная линия (very long-haul);

– U — сверх длинная линия (ultra long-haul);

– VSR — очень короткое расстояние (в перемычке) (very short reach) (в табл. 4.2 не обозначено).

Таблица 4.2.

Применение Параметры		Внутри узла	Межузловое применение
Применение Параметры		Внутри узла	Короткая линия		Длинная линия
Длина волны источника, нм		1310	1310	1550	1310	1550
Тип волокна		G.652	G.652	G.652	G.652	G.652, 654, 655		G.653, G.655
Расстояние, км		2	~15	~15	~40	~80		~80
Уровень STM-N, скорость мБит/с	STM-1 155,52	I-1	S-1.1	S-1.2	L-1.1	L-1.2		L-1.3
	STM-4 622,08	I-4	S-4.1	S-4.2	L-4.1	L-4.2	U-4.2	L-4.3	U-4.3
	STM-16 2488,32	I-16	S-16.1	S-16.2	L-16.1	L-16.2	U-16.2 V-16.2	L-16.3	U-16.3 V-16.3
	STM-64 9953,28	I-64	S-64.1	S-64.2	L-64.1	L-64.2	V-64.2	L-64.3	U-64.3 V-64.3
	STM-256 39813,12	I-256.2	–	S-256.2	–	L-256.2	–	L-256.3	–

При обозначении V и U следует понимать включение в состав линейного интерфейса оптического усилителя мощности на передаче (B — booster) и предусилителя оптического сигнала на приеме (ВР — booster pre-amplifier).

Цифровые индексы в обозначениях указывают на уровень STM-N, длину волны излучения и тип волокна, например, L-16.3 — уровень STM-16, длина волны 1550 нм (оптическое волокно G.653 или G.655).

Характеристики интерфейсов I, S, L, U, V должны быть согласованы с характеристиками волоконных световодов кабельных линий. Для этого определяются точки согласования, обозначаемые S и R, т.е. точки подключения передатчика и приемника (рис. 4.2). Возможно обозначение этих точек MPI-S, MPI-R (Main Path Interfaces — интерфейсы основного тракта на передаче S и приёме R).

Рис. 4.2. Пример включения интерфейсов аппаратуры SDH для волоконно-оптической линии.

В (табл. 4.3) использованы обозначения: DFB, Distributed Feedback — лазер с распределенной обратной связью; p-i-n — обозначает конструкцию фотодиода; APD, Ava-lanche-Photodiode — лавинный фотодиод; BER, Bit Error Rate — коэффициент ошибок; ОА, Optical Amplifier — оптический усилитель.

На (рис. 4.2) обозначены стандартные функциональные блоки аппаратуры SDH, определенные в Рекомендации МСЭ-Т G.783: SPI, SDH Physical Interface — физический интерфейс SDH с точками подключения к линии или оптическому усилителю (OA) S — передачи, R — приема; RST, Regenerator Section Termination — окончание секции регенерации (функции доступа к заголовку RSOH).

Таблица 4.3.

Код применения	Единица		S-64.2	L-64.2	V-64.2	V-64.3

Уровень STM			STM-64	STM-64	STM-64	STM-64
Скорость передачи	Гбит/с		9,95328	9,95328	9,95328	9,95328
Длина волны	нм		1530…1565	1530…1565	1530…1565	1530…1565
Характеристики передатчика в точке S, включая усилители

Тип лазерного диода			DFB	DFB	DFB + OA	DFB + OA

Спектральная шири-на на уровне –20 дБм		нм	менее 0,2	менее 0,2	менее 0,2	менее 0,2



Минимальная средняя мощность		дБм	–1	+1	+12	+10



Максимальная средняя мощность		дБм	+1	+3	+15	+13

Код применения	Единица	S-64.2	L-64.2	V-64.2	V-64.3
Характеристики приемника в точке R
Тип диода приемника		p-i-n/APD	p-i-n/APD	p-i-n/APD	p-i-n/APD
Минимальная чувствительность при BER = 10^–12	дБм	–14	–23	–23	–24
Порог перегрузки	дБм	+1	–9	–9	–9
Максимальные потери оптического пути	дБ	2	2	2	2
Максимальный коэффициент отражения приемника	дБ	–27	–27	–27	–27
Оптический тракт между точками S и R
Максимальный диапазон затухания	дБ	11	22	33	33
Минимальный диапазон затухания	дБ	0	10	22	22
Максимальная дисперсия	пс/нм	800	1600	2400	400
Минимальный коэффициент потери на отражение	дБ	24	24	24	24
Максимальное отражение на компонентах	дБ	–27	–27	–27	–27
Участок регенерации	км	*	*	*	*
* Длина участка регенерации определяется возможностями энергетического потенциала и компенса- ций дисперсии, применением различных типов одномодовых волоконных световодов (G.652, G.653,G.655)

Особенностью интерфейсов STM-64 и STM-256 может быть использование в их составе не только оптических усилителей, но и компенсаторов дисперсии (волоконных и интегральных) для предкоррекции на передаче или посткоррекции на приёме. Сочетание оптического усиления и компенсации дисперсии обеспечивает повышение дальности передачи по волоконно-оптической линии.

Использование характеристик одноволновых оптических интерфейсов, при проектировании линейных трактов определено Рекомендацией ITU-T G.655. Длина регенерационного участка с точки зрения энергетического потенциала находится через соотношение:

(4.1)

где P_S — уровень мощности передатчика в точке подключения аппаратуры и линии; P_R — уровень мощности приемника в точке подключения аппаратуры и линии; P_D — мощность (в дБм) дисперсионных потерь; M_e — энергетический запас на старение оборудования (разность максимального и минимального уровней мощности передачи); N — число строительных длин кабеля; l_ст — потери мощности на неразъемных стыках кабеля; N_с — число разъемных стыков (2 или 4 стыка на участке секции регенерации); l_стр — потери мощности на разъемных стыках; α_с — километрическое затухание кабеля на заданной длине волны; α_m — запас на повреждение (дБ/км). Строительная длина кабеля принимается в расчетах от 4 до 6 км.

Пример расчета для интерфейса V-64.2. Исходные данные:

P_S = 15 дБм;

P_R = –23 дБм; P_D = 2 дБ;

М_е = 3дБ;

l_ст = 0,05 дБ;

l_стр = 0,1 дБ;

α = 0,2 дБ/км;

α_m = 0,05 дБ/км;

строительная длина кабеля — 6 км.

Число строительных длин на участке 132 км составит М = 132/6 = 22. С учетом потерь на стыках длина участка передачи составит:

Таким образом длина участка составит 126,2 км с учётом допустимых потерь оптической мощности. На длине волны 1550 нм величина дисперсии не должна превышать 2400 пс/нм. Для одномодового волокна в соответствии с G.652 на волне 1550нм значение хроматической дисперсии на 1 км составляет 18 пс/нм×км, а на длине 126,2 км

Таким образом норматив на хроматическую дисперсию выполняется при ширине спектральной линии источника излучения (лазер типа DFB) 1 нм. Однако на скорости передачи 10 Гбит/с необходимо учитывать и поляризационную модовую дисперсию (ПМД),

где σ_пмд нормировано по отношению к длине волокна 0,5 пс/км^1/2. В этом случае необходимо добавить к D_хр величину D_пмд, которая вычисляется:

Результирующая дисперсия определяется через соотношение

Нетрудно заметить, что совокупная величина хроматической и поляризационной дисперсии не превосходит нормативное значение дисперсии для интерфейса V-64.2.

Другой подход: определить требуемое значение дисперсии на 1км линии и сравнить с нормированным стандартным значением:

Таким образом допустимый норматив 19,1 пс/нм×км превышает нормированный, что указывает на допустимость использования интерфейса V-64.2 на участке длиной 126,2 км. По величине полученной километрической дисперсии можно выбрать:

– соответствующий тип волокна;

– длину волны передатчика в диапазоне 1547…1562 нм;

– ширину спектральной линии передатчика, измеряемую в долях нм, например, 0,2 нм (табл. 4.3);

– соответствующий компенсатор дисперсии при необходимости.

Современные оптической интерфейсы, например, U-64.2, 10GBASE-EW, могут выполняться с функциями упреждающей коррекцию ошибок (FEC). Это дополнительно повышает энергетический потенциал системы передачи на 3…8 дБм. Учет FEC при проектировании позволит гибко определить длину участка передачи и разместить промежуточные станции в подходящих местах, населенных пунктах.

Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине ЦСП

4.2.Интерфейс сетевого узла ЦТС. Параметры сетевых трактов. Выбор интерфейсов.

Оглавление